Cięcie ultradźwiękowe

Które materiały można ciąć za pomocą ultradźwięków?

Cięcie ultradźwiękowe jest szczególnie popularne w przemyśle spożywczym. Na przykład torty, batoniki cukiernicze, sery, kremówki i wrapy często są cięte z wykorzystaniem technologii ultradźwiękowej, ponieważ cięcie ultradźwiękowe nie deformuje ani nie uszkadza produktów spożywczych. Konsystencja produktów spożywczych jest bez znaczenia dla precyzyjnego cięcia. Mogą być świeże, mrożone, kruche, kremowe lub złożone.

Za pomocą ultradźwięków można również wyjątkowo wydajnie ciąć tekstylia techniczne, włókniny i tkaniny, ponieważ podczas cięcia wibrujący nóż nie tylko rozdziela, ale równocześnie zabezpiecza krawędzie.

Nawet grubsze i elastyczne materiały, takie jak tworzywa sztuczne czy guma – na przykład uszczelki okienne lub opony samochodowe podczas produkcji – można bez problemu ciąć, ponieważ dzięki niewielkiemu tarciu powierzchniowemu drgający nóż już przy minimalnym nacisku przemieszcza się w gumie. Materiał topi się na powierzchni styku i nie stawia nożowi praktycznie żadnego oporu.

Jak działa cięcie ultradźwiękowe?

Podobnie jak w zgrzewania ultradźwiękowego, technologia cięcia ultradźwiękowego wykorzystuje sonotrodę. W przypadku cięcia nazywana jest sonotrodą tnącą, ponieważ jest wyposażona w ostry nóż. Takie ostrze ultradźwiękowe jest tak samo ostre jak standardowy nóż kuchenny. Sam proces cięcia opiera się jednak na innej zasadzie. W przypadku noża kuchennego produkty spożywcze są cięte w wyniku oddziaływania nacisku i tarcia powierzchniowego. W ten sposób nie da się jednak przeciąć np. gumy.

Podczas cięcia ultradźwiękowego dzięki wibracji i topieniu materiału przez ultradźwięki nóż przesuwa się po produkcie praktycznie bez wysiłku. Dzielony produkt nie stawia drgającemu ostrzu ultradźwiękowemu prawie żadnego oporu. Dlatego też produkty spożywcze nie ulegają deformacji, ani nóż nie utyka w gumie. Dzięki stopionym powierzchniom cięcia i niewielkiemu tarciu nóż przesuwa się przez tekstylia z zawartością tworzyw termoplastycznych nawet pod niewielkim naciskiem.

Topnienie następuje wyłącznie wskutek oddziaływania energii doprowadzanej przez ultradźwięki. Jest to duża zaleta podczas cięcia produktów spożywczych, ponieważ pozwala na czyste krojenie nawet wrażliwych (na temperaturę) produktów, takich jak sery czy torty.

Ultradźwiękowe cięcie produktów spożywczych jest także technologią czystą, ponieważ podczas cięcia wibracje strząsają wszelkie osady z noża. Nic nie przykleja się do noża ani go nie brudzi – pozostaje czysty.

Jakie wymagania może spełnić technologia cięcia ultradźwiękowego?

• Ostrze ultradźwiękowe zapewnia gładkie, powtarzalne cięcia – niezależnie od tego, czy tniesz folie takie jak PE, PP czy PCW, kroisz ser czy porcjujesz kremówki.
• Produkty – od tortów z kremem po plastik – podczas cięcia ultradźwiękowego zachowują swój kształt.
• Cięcie ultradźwiękowe jest odpowiednie dla materiałów wrażliwych na temperaturę, ponieważ zimne ostrze ultradźwiękowe nie powoduje uszkodzeń termicznych. Czekoladowe batoniki rozpływają się w dłoni – ale nie podczas cięcia ultradźwiękami.
• Technologia ultradźwiękowa zapewnia bardzo krótkie czasy cyklu cięcia produktów spożywczych, tekstyliów lub tworzyw sztucznych. Łatwe w realizacji jest również szybkie cięcie w trybie ciągłym.
• Zasada działania cięcia ultradźwiękowego sprawia, że czystemu i precyzyjnemu cięciu towarzyszy zabezpieczanie krawędzi, szczególnie w przypadku tekstyliów technicznych, włóknin i tkanin. W ten sposób można zapobiec strzępieniu się krawędzi.
• Częstotliwość konserwacji w zakresie czyszczenia ostrza ultradźwiękowego jest bardzo niska. Ponieważ materiały nie przywierają tak jak do noża kuchennego, bo ostrze ultradźwiękowe jest bezustannie czyszczone przez drgania podczas cięcia produktów spożywczych, czasy przestojów w związku z czyszczeniem ostrza i powierzchni ulegają znacznemu skróceniu.
• Zasada działania technologii sprawia również, że cięcie tekstyliów jest procesem bardzo czystym, ponieważ w jego trakcie powstaje tylko niewielka ilość pyłu.

W jaki sposób cięcie ultradźwiękowe jest integrowane z procesem produkcyjnym?

Komponenty do cięcia ultradźwiękowego znajdują zastosowanie w zautomatyzowanych liniach produkcyjnych oraz w maszynach specjalnych.

Krojenie produktów spożywczych za pomocą ultradźwięków:

Podczas cięcia produktów spożywczych za pomocą ultradźwięków w zależności od układu linii produkcyjnych rozróżnia się cięcie taktowane i w trybie ciągłym.

Cięcie taktowane

Cięcie taktowane jest odpowiednie na przykład do porcjowania sera, tortów lub chleba. Sonotroda tnąca dzieli produkt na jednolite plastry lub kawałki podczas pionowego ruchu posuwistego. Komponenty ultradźwiękowe są integrowane w systemie cięcia.

Cięcie w trybie ciągłym

Z kolei do poziomego ruchu tnącego z pionowym cięciem przez produkt jest wykorzystywane cięcie ultradźwiękowe w trybie ciągłym. W tym zastosowaniu nóż ultradźwiękowy jest zamontowany na stałe, a produkt przemieszcza się – na przykład na taśmie – w kierunku noża. Sonotroda tnąca precyzyjnie i z niewielkim oporem przesuwa się przez produkt i dzieli go poziomo.

Ultradźwiękowe cięcie tekstyliów technicznych, włóknin i tkanin:

Najważniejszą zaletą ultradźwiękowego cięcia tekstyliów, włóknin i tkanin jest to, że podczas cięcia krawędzie są topione i tym samym zabezpieczane przed strzępieniem. Redukuje to powstawanie pyłu do minimum.

W przeciwieństwie do cięcia żywności, tkaniny są cięte za pomocą ultradźwięków nie tylko automatycznie, ale w niektórych zastosowaniach także ręcznie – na przykład wtedy, gdy cięcie automatyczne nie jest możliwe.

Cięcie w trybie ciągłym

Proces cięcia za pomocą ultradźwięków w trybie ciągłym może być realizowany dla tekstyliów w zwojach. W tym przypadku wstęgi na zautomatyzowanych liniach mogą być rozcinane w trybie bezkońcowym za pomocą sonotrody, a ich brzegi jednocześnie zabezpieczane. W zależności od rodzaju tkaniny i materiału podstawowego można stosować różne prędkości. Zasadę objaśniamy na tym filmie.

Wycinanie konturowe

Wycinanie konturowe włóknin i tkanin przypomina wykrawanie. Proces cięcia realizowany jest tu przez skok wykrawający. Kontur jest zdefiniowany. Jako ostrze tnące wykorzystywana jest albo sonotroda o odpowiednim kształcie, która przy każdym skoku wycina produkt na płaskiej podstawie…

…albo sonotroda jest płaska, a kształt ostrza – „noża wykrawającego” – jest określany przez formę podłoża, na którym spoczywa produkt. Przy tym praktycznie nie istnieją ograniczenia w zakresie konturu. Typowe zastosowania tego typu cięcia ultradźwiękowego to maski higieniczne i maski filtracyjne.

Cięcie elastyczne

Elastyczne cięcie za pomocą ultradźwięków nie sprowadza się do realizacji zadanych kształtów czy cięć, ale na usunięciu nadmiaru pozostałości tkaniny w ramach jednego etapu czyszczenia. Ten operacja robocza często jest wykonywania ręcznie, ale można ją również łatwo zautomatyzować. W przypadku cięcia elastycznego element laminowany jest zamocowany, a ostrze ultradźwiękowe ślizga się po części plastikowej lub nóż jest zamocowany, a krawędź czyszczonego elementu jest prowadzona wzdłuż sonotrody tnącej.

Typowym zastosowaniem cięcia elastycznego w przemyśle motoryzacyjnym jest uwalnianie powlekanych elementów z tworzyw sztucznych z wystających pozostałości tkanin – na przykład na słupkach A-B-C.

Zalety - Produkty spożywcze:

Bez deformacji
Nóż ultradźwiękowy prześlizguje się przez produkty spożywcze z niewielkim naciskiem. Pozwala to uniknąć deformacji produktu. Dzięki temu nawet delikatne produkty spożywcze można ciąć na wyjątkowo cienkie, precyzyjne plastry.

Minimalna ilość ciepła wprowadzanego do produktu
Sonotroda tnąca nie nagrzewa się podczas procesu cięcia. Jest to szczególnie istotne w przypadku produktów spożywczych wrażliwych na temperaturę, ponieważ do produktu wprowadzana jest tylko minimalna ilość ciepła, a sam produkt jest dobrze chroniony.

Brak przywierania produktu do noża
Dzięki drganiom ultradźwiękowym nóż pozostaje czysty nawet podczas krojenia lepkich produktów spożywczych. Dzięki temu można zredukować do minimum czasy przestoju przeznaczane na czyszczenie noża, zwiększyć dostępność systemu i obniżyć koszty.

«Save Food»: Minimalna ilość odpadów produkcyjnych
Technologia ultradźwiękowa jest technologią bardzo precyzyjną, dlatego cięcia są wysoce powtarzalne, a tym samym do minimum można zredukować ilość odpadów produkcyjnych. Zachowujący czystość nóż pozwala również zredukować ilość odpadów spożywczych, których powstawanie jest uwarunkowane produkcją.

Zalety - Tekstylia i tworzywa sztuczne / guma:

Szybko, prawie bez oporu
Cięcie ultradźwiękowe jest technologią szybką. Już przy niewielkim nacisku nóż przesuwa się przez materiał bez wysiłku i szybko. Dzięki zasadzie działania technologii ultradźwiękowej – drganiom i plastyfikacji – opór materiału jest bardzo niewielki, dzięki czemu nawet twarde materiały, takie jak guma, mogą ciąć z łatwością.

Precyzyjnie i czysto
Cięcia za pomocą ultradźwięków cechuje bardzo wysoka powtarzalność, precyzja i czystość. Ostrze ultradźwiękowe i krawędzie tnące nie brudzą się, a pył praktycznie nie powstaje.

Cięcie z wysoką częstotliwością / prędkością
Cięcie ultradźwiękowe jest procesem szybkim: w zależności od materiału i wymagań, ostrze ultradźwiękowe może wykonać do 120 cięć na minutę, na przykład w przypadku etykiet tekstylnych, lub przeciąć 25 metrów na minutę w przypadku cięcia w trybie ciągłym.

Cięcie i zabezpieczanie ciętych krawędzi w jednym kroku – bez strzępienia
Tekstylia techniczne, włókniny i tkaniny można ciąć i zabezpieczać w jednym kroku. Ultradźwięki lekko nadtapiają krawędzie, dzięki czemu materiał nie strzępi się. Pozwala to nie tylko ograniczyć generowanie pyłu, ale również osiągnąć oszczędność kosztów i czasu, ponieważ nie ma potrzeby poddawania krawędzi dodatkowej obróbce.

Cięcie i łączenie w jednym kroku roboczym
Jeśli dwie warstwy tkaniny spoczywające luźno na sobie mają zostać przecięte i zgrzane, to dzięki technologii ultradźwiękowej można to zrobić w jednym kroku. Lekkie stopienie tkaniny pozwala trwale połączyć obie tkaniny.

Pytania i odpowiedzi na temat cięcia ultradźwiękowego